JPH0477355A - セラミックス複合材料及びその製造方法 - Google Patents
セラミックス複合材料及びその製造方法Info
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- JPH0477355A JPH0477355A JP2190843A JP19084390A JPH0477355A JP H0477355 A JPH0477355 A JP H0477355A JP 2190843 A JP2190843 A JP 2190843A JP 19084390 A JP19084390 A JP 19084390A JP H0477355 A JPH0477355 A JP H0477355A
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Landscapes
- Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
［産業上の利用分野］
本発明は、特殊構造のセラミックス材料及びその製法に
関する。更に、詳しくは、特殊な構造を有し、高強度、
耐熱性の高性能の複合セラミックス材料及びその製法に
関する。
関する。更に、詳しくは、特殊な構造を有し、高強度、
耐熱性の高性能の複合セラミックス材料及びその製法に
関する。
［従来の技術］
ＡＩ、Ｏ，は、すぐれた耐熱性、耐食性、電気絶縁性を
有するが、高温強度、破壊靭性、耐熱衝撃性は乏しく、
構造材料として使用するには、強度面において、不十分
である。
有するが、高温強度、破壊靭性、耐熱衝撃性は乏しく、
構造材料として使用するには、強度面において、不十分
である。
一般に、材料のマトリックス中（例えば、アルミナ粒子
中）に第２相として微粒子（Ｔ ｉ Ｃ１５ｌＩＮ４等
）を分散し、焼結することで、大幅な物理的緒特性を改
善すること、特に、高い強度を得ることが、可能になる
ことが、文献等で多く報告されている。これらの報告で
は、ＳｉＣによる複沿化に伴うＡ１．Ｏ，の強度増加は
、ＳｉＣ微粒子が、Ａ １１０ ｓ粒界に偏在するため
に、生じるクラックデフラクションによるクラックの進
展の妨害が、寄与していると結論ずけている。
中）に第２相として微粒子（Ｔ ｉ Ｃ１５ｌＩＮ４等
）を分散し、焼結することで、大幅な物理的緒特性を改
善すること、特に、高い強度を得ることが、可能になる
ことが、文献等で多く報告されている。これらの報告で
は、ＳｉＣによる複沿化に伴うＡ１．Ｏ，の強度増加は
、ＳｉＣ微粒子が、Ａ １１０ ｓ粒界に偏在するため
に、生じるクラックデフラクションによるクラックの進
展の妨害が、寄与していると結論ずけている。
また、アルミナのようなセラミックス焼結体では、異方
性粒子で、マトリックスが形成されており、そのため、
粒子境界で隣接粒子の熱膨張差により歪みが発生し、こ
のために、粒界が破壊源となり、強度低下になることが
周知である。
性粒子で、マトリックスが形成されており、そのため、
粒子境界で隣接粒子の熱膨張差により歪みが発生し、こ
のために、粒界が破壊源となり、強度低下になることが
周知である。
このように、マトリックス中に、粒子を分散した場合、
クラックの進展が阻止され、このため、靭性の向上が期
待されるものである。この考えでは、破壊の発生源であ
る粒界の欠陥は、変化がなく、その欠点は、残存してい
るため、強度の大きな向上は、望めなかった。
クラックの進展が阻止され、このため、靭性の向上が期
待されるものである。この考えでは、破壊の発生源であ
る粒界の欠陥は、変化がなく、その欠点は、残存してい
るため、強度の大きな向上は、望めなかった。
［発明が解決しようとする間組点コ
本発明は、上記のような欠点を解消するため、Ａ ｌ
＊ Ｏｓマトリックス粒子中にＴｉＣ微粒子及びＳｉＣ
微粒子を複合化した構造セラミックス材料として、高い
強度のセラミックスコンポジットを提供することを目的
とする。従って、本発明は、Ａ ｌ ｉ Ｏｓの特性の
改善を試みたセラミックス複合体を提供することを目的
にする。更に、耐火、耐熱材料、電子セラミックス材料
においては、Ａ１．０．粒成長を制御し、耐熱衝撃性の
ある、また、使用中の破壊特性が著しく改善された材料
を提供することを目的にする。
＊ Ｏｓマトリックス粒子中にＴｉＣ微粒子及びＳｉＣ
微粒子を複合化した構造セラミックス材料として、高い
強度のセラミックスコンポジットを提供することを目的
とする。従って、本発明は、Ａ ｌ ｉ Ｏｓの特性の
改善を試みたセラミックス複合体を提供することを目的
にする。更に、耐火、耐熱材料、電子セラミックス材料
においては、Ａ１．０．粒成長を制御し、耐熱衝撃性の
ある、また、使用中の破壊特性が著しく改善された材料
を提供することを目的にする。
［問題点を解決するための手段］
本発明は、０．５μｍ−１００μｍの結晶粒子を有する
Ａ１．ＯＩマトリックスの結晶粒内に粒子径２．０μｍ
以下のＴｉＣ微粒子３〜４０重量％及び２μｍ以下のＳ
ｉＣ微粒子３〜４０重量％を分散させたことを特徴とす
るセラミックス複合材料である。そして、その製法は、
５μｍ以下の粒子径のＡ Ｉ ＝ ０ 、及び２．０μ
ｍ以下の粒子径のＴｉＣ３〜４０重量％を混合し、更に
、２μｍ以下のＳｉＣ微粒子３〜４０重量％を混合し、
成形した後、１５００℃以上で焼成すること、又はホッ
トプレス、ＨＩＰ （熱間等方性圧プレス）で作製する
ものである。
Ａ１．ＯＩマトリックスの結晶粒内に粒子径２．０μｍ
以下のＴｉＣ微粒子３〜４０重量％及び２μｍ以下のＳ
ｉＣ微粒子３〜４０重量％を分散させたことを特徴とす
るセラミックス複合材料である。そして、その製法は、
５μｍ以下の粒子径のＡ Ｉ ＝ ０ 、及び２．０μ
ｍ以下の粒子径のＴｉＣ３〜４０重量％を混合し、更に
、２μｍ以下のＳｉＣ微粒子３〜４０重量％を混合し、
成形した後、１５００℃以上で焼成すること、又はホッ
トプレス、ＨＩＰ （熱間等方性圧プレス）で作製する
ものである。
［作用コ
本発明によるセラミックスコンポジットは、Ａ Ｉ ＝
Ｏ＊マトリックスゲレーン中に、ＴｉＣ微粒子及びＳｉ
Ｃ微粒子を分散した、所謂、ナノオーダーの複合化を行
なうことにより、セラミックス体の特性の強化、改善を
得ようとするものである。
Ｏ＊マトリックスゲレーン中に、ＴｉＣ微粒子及びＳｉ
Ｃ微粒子を分散した、所謂、ナノオーダーの複合化を行
なうことにより、セラミックス体の特性の強化、改善を
得ようとするものである。
即ち、個々のＡ Ｉ ｒ Ｏｓ結晶粒子内に、ＴｉＣ微
粒子を分散することで、Ａ Ｉ １０ ｓとＴｉＣ又は
ＳｉＣの熱膨張係数の差による残留応力を生じさせる。
粒子を分散することで、Ａ Ｉ １０ ｓとＴｉＣ又は
ＳｉＣの熱膨張係数の差による残留応力を生じさせる。
この残留応力により、隣接する粒子の粒界に、圧縮応力
場を生じさせておき、進行しようとするクラック先端を
トラップしたり、デフラクションすることにより、クラ
ックの進展を防止しようとする考えである。
場を生じさせておき、進行しようとするクラック先端を
トラップしたり、デフラクションすることにより、クラ
ックの進展を防止しようとする考えである。
す、前記のセラミックス複合材料が製造される。
セラミックス複合体中のＡ １ ＊ Ｏｓマトリックス
粒子径は、０．５μｍ−１００μｍとする理由は、焼結
体の強度が最大となる範囲であるためであり、ＴｉＣ微
粒子及びＳｉＣ微粒子を、粒子径２、ＯＪ１ｍ以下にす
る理由は、Ａ Ｉ ｒ Ｏ＊マトリックス結晶粒子内に
取り込まれる最適の粒度範囲であるためである。
粒子径は、０．５μｍ−１００μｍとする理由は、焼結
体の強度が最大となる範囲であるためであり、ＴｉＣ微
粒子及びＳｉＣ微粒子を、粒子径２、ＯＪ１ｍ以下にす
る理由は、Ａ Ｉ ｒ Ｏ＊マトリックス結晶粒子内に
取り込まれる最適の粒度範囲であるためである。
本発明は、マトリックスとしてＡ Ｉ ＊ ＯＩ、分数
粒子としてＴｉＣ微粒子及びＳＩＣ微粒子を用いること
が、特長である。そして、そのＡ１．０．マトリックス
粒子径は、０．５μｍ〜１００μｍであり、ＴｉＣ微粒
子は、粒子径１．０μｍ以下、ＳｉＣ微粒子は径３μｍ
以下をＡ １ ＊ Ｏｓマトリックス中に均一にを分散
させた構造のものである。
粒子としてＴｉＣ微粒子及びＳＩＣ微粒子を用いること
が、特長である。そして、そのＡ１．０．マトリックス
粒子径は、０．５μｍ〜１００μｍであり、ＴｉＣ微粒
子は、粒子径１．０μｍ以下、ＳｉＣ微粒子は径３μｍ
以下をＡ １ ＊ Ｏｓマトリックス中に均一にを分散
させた構造のものである。
その原料としては、５μｍ以下の粒子径に微粉砕したＡ
Ｉ＊Ｏｓ及び２μｍ以下の粒子径に微粉砕したＴｉＣ及
び２μｍ以下のＳｉＣ微粒子を用いて、これらを混合し
、成形、焼成することによまた、その原料として用いる
ＡＩ、Ｏ，を、５μｍ以下の粒子径にする理由は、焼結
し易いためであり、原料ＴｉＣ及びＳｉＣを２．０μｍ
以下の粒子径にする理由は、１．０μｍを超えるとマイ
クロクラックが発生すること、マトリックス粒内にＴｉ
Ｃ及びＳｉＣが取り込まれ易いこと、そして、残留応力
がある限界以上になってもマイクロクラックが発生しな
い範囲であること等である。
Ｉ＊Ｏｓ及び２μｍ以下の粒子径に微粉砕したＴｉＣ及
び２μｍ以下のＳｉＣ微粒子を用いて、これらを混合し
、成形、焼成することによまた、その原料として用いる
ＡＩ、Ｏ，を、５μｍ以下の粒子径にする理由は、焼結
し易いためであり、原料ＴｉＣ及びＳｉＣを２．０μｍ
以下の粒子径にする理由は、１．０μｍを超えるとマイ
クロクラックが発生すること、マトリックス粒内にＴｉ
Ｃ及びＳｉＣが取り込まれ易いこと、そして、残留応力
がある限界以上になってもマイクロクラックが発生しな
い範囲であること等である。
ＳｉＣ微粒子は、現在工業的に製造されているものを用
いることができる。 本発明によるマトリックスＡ Ｉ
ｓ Ｏｓは、焼結工程で、緻密に焼結される必要があ
り、この粒子内に分散相のＴｉＣ及びＳｉＣ微粒子が、
均一に分散されていることが、必要である。
いることができる。 本発明によるマトリックスＡ Ｉ
ｓ Ｏｓは、焼結工程で、緻密に焼結される必要があ
り、この粒子内に分散相のＴｉＣ及びＳｉＣ微粒子が、
均一に分散されていることが、必要である。
また、焼結過程で、マトリックス粒子内に取り込まれる
ものでなければならない。
ものでなければならない。
焼結温度については、１５００℃以上の焼成が望ましい
。また、ＨＩＰ処理、ホットプレスによる焼結処理が好
適である。
。また、ＨＩＰ処理、ホットプレスによる焼結処理が好
適である。
本発明により得られるセラミックス複合体は、耐熱材料
として、その他、耐食、熱間高強度、耐熱衝撃性等の耐
火材として、特に、好適である。
として、その他、耐食、熱間高強度、耐熱衝撃性等の耐
火材として、特に、好適である。
次に、本発明のセラミックス複合体の製造とその得られ
る特性を測定した結果について説明するが、本発明は、
次の実施例に限定されるものではない。
る特性を測定した結果について説明するが、本発明は、
次の実施例に限定されるものではない。
［実施例］
［試料粉末の調！！！］
マトリックスには、昭和軽金属株式会社製Ａ１．Ｏ，Ｕ
Ａ−５１０５（平均粒径０．２５μ、純度９９．９９％
）を用い、添加するＴｉＣとしては、日本新金属株式会
社製のＴｉＣ（＃００７）微粒子を用いて、マトリック
ス材料に対して、３重量％〜４０重量％の割合で添加し
、更にイビデン株式会社製のＳｉＣ微粒子（ウルトラフ
ァイン）を３〜４０重量％添加混合し、アルミナポルミ
ルで、１２時間粉砕混合を行なった。これを十分に乾燥
した後に、アルミナボールミルで乾式解砕混合を５時間
行なったものを、試料粉砕して使用した。
Ａ−５１０５（平均粒径０．２５μ、純度９９．９９％
）を用い、添加するＴｉＣとしては、日本新金属株式会
社製のＴｉＣ（＃００７）微粒子を用いて、マトリック
ス材料に対して、３重量％〜４０重量％の割合で添加し
、更にイビデン株式会社製のＳｉＣ微粒子（ウルトラフ
ァイン）を３〜４０重量％添加混合し、アルミナポルミ
ルで、１２時間粉砕混合を行なった。これを十分に乾燥
した後に、アルミナボールミルで乾式解砕混合を５時間
行なったものを、試料粉砕して使用した。
［焼結処理］
′焼結処理には、誘導加熱式ホットプレス装置（富士電
波工業製）を用いた。前記のように調製した試料粉末的
３５ｇを黒鉛ダイス（内径５５Ｍ）に充填し、１０ＭＰ
ａに予備圧縮した後に焼結処理した。このとき、充填し
た試料が、ダイス内壁、パンチ棒のプレス面に直接接触
し、反応しないように、これらの面にＢＮパウダーをコ
ーティングし、更にこの上にグラファイトホイル（厚さ
０．３８ｍｍ）を置き、この中に試料を充填した。
波工業製）を用いた。前記のように調製した試料粉末的
３５ｇを黒鉛ダイス（内径５５Ｍ）に充填し、１０ＭＰ
ａに予備圧縮した後に焼結処理した。このとき、充填し
た試料が、ダイス内壁、パンチ棒のプレス面に直接接触
し、反応しないように、これらの面にＢＮパウダーをコ
ーティングし、更にこの上にグラファイトホイル（厚さ
０．３８ｍｍ）を置き、この中に試料を充填した。
ホットプレス条件は、焼結温度まで昇温させた後、１時
間保持し、プレス圧は、３０ＭＰａで、雰囲気ガスには
アルゴンガスを用いた。
間保持し、プレス圧は、３０ＭＰａで、雰囲気ガスには
アルゴンガスを用いた。
［試験片作製］
得られた焼結体のプレス両面をダイヤモンドホイールで
研削し、＃１０００の粗さに仕上げ、これをダイヤモン
ドカッターで直方体に切り出した。試料はＪＩＳ Ｒ
１６０１規定に準じて、３×４鴫角長さ３６閤程度にし
、３点曲げ試験片の大きさとした。
研削し、＃１０００の粗さに仕上げ、これをダイヤモン
ドカッターで直方体に切り出した。試料はＪＩＳ Ｒ
１６０１規定に準じて、３×４鴫角長さ３６閤程度にし
、３点曲げ試験片の大きさとした。
［物性測定コ
曲げ強度は、３点曲げ試験法により、荷重速度０．５ｍ
ｍ／分、スパン長さ３０陣、室温で、強度を測定した。
ｍ／分、スパン長さ３０陣、室温で、強度を測定した。
試験片はダイヤモンドペースト（３μ）を用いて、引張
面を鏡面仕上げし、そして、エツジ部分を４５°の角度
で約０．１ｍｍの幅で面取り加工したものについて、測
定した。
面を鏡面仕上げし、そして、エツジ部分を４５°の角度
で約０．１ｍｍの幅で面取り加工したものについて、測
定した。
破壊靭性は、荷重１ ｋｇで、保持時間１０秒間で、１
Ｍ法により測定した。
Ｍ法により測定した。
「測定結果の説明」
第１表に、３点曲げ強度とＴｉＣ及びＳｉＣ微粒子添加
量との関係を示す。この測定値から、Ａ Ｉ ＝Ｏｓ
Ｔ ＩＣ２成分系での１７００℃焼結体では、平均９
００ＭＰａ程度の強度であった。それに対して、ＳｉＣ
微粒子添加（３成分系）５重量％から３０重量％では、
著しい強度の向上が見られた。これらの試料の破断面を
観察すると、非常に複雑な面を呈していたことから、Ａ
１．０．が高い強度になったことは、ＴｉＣ及びＳｉＣ
微粒子添加によるクラックデフラクションが発生し、靭
性強度が改善されたものと考えられる。
量との関係を示す。この測定値から、Ａ Ｉ ＝Ｏｓ
Ｔ ＩＣ２成分系での１７００℃焼結体では、平均９
００ＭＰａ程度の強度であった。それに対して、ＳｉＣ
微粒子添加（３成分系）５重量％から３０重量％では、
著しい強度の向上が見られた。これらの試料の破断面を
観察すると、非常に複雑な面を呈していたことから、Ａ
１．０．が高い強度になったことは、ＴｉＣ及びＳｉＣ
微粒子添加によるクラックデフラクションが発生し、靭
性強度が改善されたものと考えられる。
［発明の効果］
本発明によるＴｉＣ３〜４０重量％及び３μｍ以下のＳ
ｉＣ微粒子３〜４０重量％を添加したＡ１．ＯＳ複合マ
トリックスは、次のような顕著な技術的な効果が得られ
るものである。
ｉＣ微粒子３〜４０重量％を添加したＡ１．ＯＳ複合マ
トリックスは、次のような顕著な技術的な効果が得られ
るものである。
第１に、以上の説明で明らかなように、構造材料として
利用性を有するＡ Ｉ 、Ｏｓ／Ｔ ｉ Ｃ／Ｓ ｉＣ
微粒子の複合体材料を提供できる。
利用性を有するＡ Ｉ 、Ｏｓ／Ｔ ｉ Ｃ／Ｓ ｉＣ
微粒子の複合体材料を提供できる。
第２に、本発明の製造方法で得られたＡ １１０ ｓマ
トリックスセラミックス複合体は、大幅な特性改善と、
高い強度にすることのできるものである。
トリックスセラミックス複合体は、大幅な特性改善と、
高い強度にすることのできるものである。
第３に、本発明のセラミックス複合体は、Ａｌｔｏｓの
特性をそのまま生かして、且つ高強度、高靭性の特性を
有する材料を提供することができたものである。
特性をそのまま生かして、且つ高強度、高靭性の特性を
有する材料を提供することができたものである。
特許出願人 三菱鉱業セメント株式会社（外１名）代理
人 弁理士 倉 持 裕
人 弁理士 倉 持 裕
Claims (2)
- （１）０．５μｍ〜１００μｍの結晶粒子を有するＡｌ
＿２Ｏ＿３マトリックスの結晶粒内に粒子径２．０μｍ
以下のＴｉＣ微粒子３〜４０重量％及び２μｍ以下のＳ
ｉＣ微粒子３〜４０重量％を分散させたことを特徴とす
るセラミックス複合材料。 - （２）５μｍ以下の粒子径のＡｌ＿２Ｏ＿３及び２．０
μｍ以下の粒子径のＴｉＣ３〜４０重量％を混合し、更
に、２μｍ以下のＳｉＣ微粒子３〜４０重量％を混合し
、成形した後、１５００℃以上で焼成することを特徴と
する請求項１記載のセラミックス複合材料の製法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2190843A JPH0477355A (ja) | 1990-07-20 | 1990-07-20 | セラミックス複合材料及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2190843A JPH0477355A (ja) | 1990-07-20 | 1990-07-20 | セラミックス複合材料及びその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0477355A true JPH0477355A (ja) | 1992-03-11 |
Family
ID=16264696
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2190843A Pending JPH0477355A (ja) | 1990-07-20 | 1990-07-20 | セラミックス複合材料及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0477355A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH07138067A (ja) * | 1993-09-27 | 1995-05-30 | Nhk Spring Co Ltd | セラミックばね材並びにセラミックばね及びその製造方法 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61174165A (ja) * | 1985-01-25 | 1986-08-05 | 株式会社 リケン | 切削工具用チップ及びその製造方法 |
| JPH01188454A (ja) * | 1988-01-22 | 1989-07-27 | Koichi Niihara | 高強度複合セラミック焼結体 |
-
1990
- 1990-07-20 JP JP2190843A patent/JPH0477355A/ja active Pending
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61174165A (ja) * | 1985-01-25 | 1986-08-05 | 株式会社 リケン | 切削工具用チップ及びその製造方法 |
| JPH01188454A (ja) * | 1988-01-22 | 1989-07-27 | Koichi Niihara | 高強度複合セラミック焼結体 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH07138067A (ja) * | 1993-09-27 | 1995-05-30 | Nhk Spring Co Ltd | セラミックばね材並びにセラミックばね及びその製造方法 |
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